唾液链球菌嗜热亚种LCX2001胞外多糖分批发醇动力学

唾液链球菌嗜热亚种LCX2001胞外多糖分批发醇动力学 唾液链球菌嗜热亚种LCX2001胞外多糖分 批发醇动力学 2001年28(4)微生物学通报?35 热造成线状分子的无规卷曲导致桥连作用的丧失,而电中和作用依然存在. 2.7.3糖,蛋白质含量分析:经测定,该提取物中含56.66%的多糖及2.93%的蛋白质, 另有4o.4I%的未知成分尚待检测.用三氯乙酸沉淀法不能分离多糖中的蛋白.说明多 糖与蛋白质是以共价键连接的,因而推测该物质是一种糖蛋白. 2.7.4单糖分析:絮凝剂提取物经酸水解后.经纸层析展层分析,水解液只显出一 个斑点,说明该多糖由单一成分的单糖构成,且迁移率与葡萄糖标样的迁移率相 近,所以初步推断该多糖为葡萄糖的聚合体.粗提物水溶液显示出3条电泳谱带, 说明提取物尚未纯化完全.根据蛋白谱图可大致看出这三种分子的分子量均 在3—5万之间. 参考文献 [1]KLWa~eR.TakedaK.su丑蚯TAgBiolckm,19B6,5o(9):2301—2307. [2]1l劬K.缸咧R埘Biolcb锄,1991,55(11):2793—2799. [3]EBdoT,Nakamm~K.TakahashiH^BiolChem,1976,柏(11):2289,2295. [4]国家环保局'水和废木监测分析方法'编委舍水和废水监测分析方法(第三版).北京:中国环境科学出版 社.1989.93. [5]MIchelDA??Chemiswy,1956,28(3):350,356 [6]董群,中国药学杂志.1996.,l(9):550—553. 【7JMshcnM.BradfordABiochcmi~y.16,72:248,254. [8]吴东懦.糖类的生物化学第一版.上梅:高等教育出版社.1987,885,勰6. [9]l李建武1.生物化学实验原理和方法第一版.北京:北京大学出版牡,1994,28—36,216,223 [1O]仓根障一郎日奉化学告志.1992.(5):453—4 唾液链球菌嗜热亚种LCX2001胞外多糖 分批发酵动力学 顾瑞霞刘爱萍骆承庠 (扬州大学农学院食品科学系拓州2~o9)(东北农业大学畜产品加工研究所哈尔滨150030) 摘要:对唾灌链球菌嗜热亚种LCX2001生物合成胞外多糖(EPs)的动力学进行了研究, 基于Loglsdz-cq~ion方程和Lued~king-piret方程,得到了描述发酵过程的动力学模型和模型 参数.该模型反映了细胞生长,乳酸生成,EP$生物合成和基质消耗之间的关系.模型的 拟合结果与实验值吻合较好.误差小于10%. 关键词:胞外多糖,数学模型.发酵动力学,乳酸菌 中田分类号:Q93-936文t标识码:A文章缩号:0253.2654(2001)04-0035.05 *江苏省教妥自然科学基金货时项且 啦疆日期:2000-06.修回日期:2000-10-26 微生物学通报 ?NETlCSOFEXOPOLYSACCHARIDEBY 2001年28(4) SA_LlVAlIUs SUBsP.TZ叠P日【LCX2帅1FERMENTATIONFORPRODUCTION OFEXOP0LYSACCHA.RIDE GURu/-XiaLILTAi-PJn~LUOCheng-xian (DepartmentofFoodSc1.SchoolOfAgrb:ult~e,Yangd*ouUnlver$fly,拙2250o9) Ii~6tuteofAnlmalFoodProcessing.NorTheast^gnc*mUniversity,Harbin150030) MOral'act:1eex0polysa~chmfde(EPSjproduefic~bylmtchfermentationprocesswithStre ptococc~salivariussu呻. thermophilusLCX2001~Rldied.ThedyDaml~modelsdescribingtheproducaonofEPS&a mp;lacticacid&【beer.1l growth&co?sum【期ofsubs'ttat~w眦o?州inthepaper,basedO13Logimc—equationandLuedekinR-pi,EPs syathesls?onofsubstratewputforwardTherelativedevialio~ext:,eri~on,atdab cculated.valuesareDomean10% Kord:Exopo]ysaccharide,Mathematicalmodel,F?D曲c加0ndy帅瞄.LaCticacidbacteria 国外对乳酸菌发酵生物合成胞外多糖(exopolysacehande,EPS)的研究相当活 跃【?,近年来我们对乳酸菌EPS进行了一定的探讨和研究?3J,本文以唾液链球菌嗜热 亚种LCX2001为对象,对其EPS的发酵过程及其动力学进行了研究探讨.为进一步放 大实验和工业化生产提供理论依据. 1材料与方法 1.1菌株 唾液链球菌嗜热亚种LCX2001为东北农业大学畜产品加工研究所分离,保藏菌株. 1.2培养基 发酵培养基用LCX培养基?4为便于对底物消耗测定,添加20L的葡萄糖作为碳 源,培养基胡始讲为6.8. 1.3培养方法和发酵条件 经灭菌的培养基,接种3%的发酵剂,于35.c培养.发酵周期为20h,每2.5h取样 测定菌体生长量,多糖产量,乳酸含量,糖的消耗.重复3次. 1.4分析检测项目及测定方法 1.4.1菌体生物量的测定:采用干重法,乳酸菌培养液,经12,000离心10mlrt后 (Beckman,USA),分离的菌体用水洗再离心1次,菌体在105?条件下干燥称重. 1.4.2胞外多糖的测定:发酵液经除去菌体后的上清液,加3倍的95%的冷酒精于4? 沉淀过夜,12,00o异离心20rain,取沉淀热水溶解,离心10rain除去不溶物,再用酒精 沉淀过夜,离心,透析过夜,用硫酸一苯酚法测定,以葡萄糖作标准. 1.4.3乳酸含量测定:除去菌体后的上清液,用0.1mol/LNa0H测定滴定酸度,然后换 算成乳酸度. 1.4.4糖的消耗量测定,采用HPLC方法测定除菌上清渣中葡萄糖含量. 2o01年28(4)微生物学通报 2实验结果 2.1苗体生长动力学 本文选用logisticequation作为细胞生长动力学模型J: dCx/dt=k?Cx(1一Cx/CM) 对式1积分可得生物量(cx)与时间(t)函数: cx(t)=co?ek/{1一(c./cM)(1一e)I 方程(2)转化处理为线性方程为: kt=in(CM/co一1)+ln[C/(CM—C)] 由实验数据以ln[c/(cM—c)]对时间t作图 c.一1) 根据发酵过程实验数据CM=2.8(g/n),co= 0.27(g/L),得到k=0.35(1/h) 将模型参数代人方程(2)中,求得发酵过程 中菌体生长动力学模型如下: cx(t)=0.27e(o.3s0/I1一(0.27/2.8} [1一e(O.35t)}(4) (式中t以h示)然后将模型计算值与实验 数据点进行比较(图1),最大相对误差为5.1%, 平均相对误差为2.1%.表明实验结果与动力学模 型值基本吻合. 2.2胞外多糖生成动力学 产物(EPS)的形成采用Luedeking—piret方程: dp/dt=mlCx+"(dCx/dt) 恻 l_ 翟 蒜 (1) (2) (3) 得到斜率为k,截距为一In(Ca/ t/h 图1唾痕链球菌嗜热亚种Lcx200l臆 井多糖发酵菌体生长动力学模型曲线 (5) 将方程(1)和方程(2)代人方程(5),并积分得方程: P(t)=Po+[cx—co]+ml(Ca/k)In{1一(cM)[1一e(]}(6) 稳态时,dCx/dt=0,Cx=CM由方程(5)可得: mI=(dp/dO/CM(7) 通过实验数据得到(dp/dt),为简便起见,本文直接通过(7)式计算可得(下 同):ml=1.24x10方程(6)可写成: P(t)一Po—mlB(t)=m2A(t)(8) 式中:A(t)=cx—co,B(t)=(CM/k)in[1一(co/cM)(1一ek)] 其中k=0.35h,,CM=2.8(g/L),co=0.27(g/L),ml=1.24×10一h一均为已 知,因此以P(t)一eo—mlB(t)对A(t)作图,直线斜率为=0.074 依据动力学模型参数,实验数据CM=2.8(g/L),P口=0(g/L),将模型参数代人 方程(6),即可求得产物生成动力学模型: P(t)=0.074[Cx,0.27]+1.24×10I3X(2.8/0.35)?Inj】一(0,27/2.8)? [1一exp'0.350]}(9) 38 025 0020 O15 茁 0J0 0.05 0 微生物学通报2001年28(4) 图2描述了动力学模型计算值与实验数据 点的比较,模型实验点的最大相对误差为 8.4%,平均相对误差为5.1%. 2.3乳酸生成动力学模型 分析乳酸含量曲线的变化趋势,发现与相 同时问内的生物量曲线变化趋势相类似,以乳 . , 1520 酸生成速率dCI/dt对dCx/dt作图,经分析处 围2睡{葭链球菌嗜热亚种Lcx2?l胞外多糖理,'发现乳酸生成速率与细胞生长速 率为相关 生物合成动力学模型与宴验敷据的拟台曲线关系,即: dL/dt=Y-dCx/dt(10) 且Y=4.72对式(1O)积分,并将式(2)代人可知乳酸生成动力学模型如下: L(t)=k+Yv-co{e(kt)/[1一(C~/CM)?(1一e)]一1} 已知Lo=0,即乳酸生成动力学方程为: L(t)=4.72×0.27{e(0.35t/[1一(0.27/2.8)(1一e(0.35t))]一1}(11) 图3为唾液链球菌嗜热亚种LCX2001脆外多糖生物台成过程中,乳酸生成动力学 模型与实验数据拟台曲线.从图中可以看出,动力学模型计算值与实验数据最大相 对 误差为5.0%,平均相对误差为2.1%. 15 一 10 赶 辞5 o o5101520 t/h 图3睡{葭链球菌嗜热亚种Lcx200l乳酸 合成动力学模型与实验数据的拟台曲线 2.4基质消耗动力学 发酵过程中的底物消耗主要与菌体生长,乳 酸形成,产物合成及代谢有关,因此底物消耗速 度可由下式表示: dS/dt=一[1/(.)](dC,x/dt)一[1/(.)] (dCl/dt)一[1/(.)](dCp/dt)]一KeCx (12) 将式(1),(5)和(10)代八式(12)中可得: dS/dt=一[1/~](dCx/dt)一[1/~L,s] YL,sdCx/dt一【1/YwsJ【mlC,x+mzdCx/dtJ—KeCx =一 [,11/YP,s+Jcx一【1/Yx,s+Y/Ys+naz/YwsJdCx/dt(13) 设:bl=letl/Ys+Ke,b2=1/Yx/s+Y/YL,s+m2/YP,s因此可将(13)改写成: ds/dt=一blC,x—b2(dCrddt)(14) 发酵开始时即t=0,则S(t)=so,依上述同一原理当菌体生长处于稳定态时,即 dCrddt=0,可刺用(16)求得:bl=一[(dS/dt)/cx],即bl=一0.085h 进而对式(14)积分,并可改写成: S(t)一so+b1B(t)=一b2A(t)(15) 以[s0一S一blB(t)]对A(t)作图所得直线斜率为b2=6.0,即动力学方程为: s(t)=20—6.0×(Cx一0.27)一0.085×{(2.8/0.35)In[1一(0.27/2.8)(1一 exp(0.350J(16) 从图4中可以看出+基质消耗动力学模型计算值与实验数据点比较,最大相对误 2001年28(4)微生物学通报 差为8.4%,平均相对误差为3.5%. ' 3讨论? 在分批发酵中,许多学者提出了多种动力器 学方程[,经比较发现Ic一quad.?方程较甓 适合于该菌株的生长特点.分批发酵中的生长 和产物生成的三种关系,即生长偶联产物生成o51Q1520 f/h 型,生长部分偶联产物生成型和非生长偶联产图4睡液链球曹嘈热亚种LCX2001发酵过程 物生成[.在我们的研究中发现,乳酸的生成中精消耗动力学横垂与实验鼓据的越旨曲姥 与细胞的生长属偶联产物生成型,而EPS的生物台成在发酵初期与细胞生长偶联,但 在发酵后期,由于乳酸菌可能也产生了分解酶,使得EPS的含量反而下降. 乳酸菌EPS生物合成与一般真菌EPS发酵特性类似J,发酵过程具有典型的假塑 性非牛顿流体特性.由于乳酸的生成会抑制乳酸菌的生长,我们采用dc—equation 方程和Laed~kin—plzvt方程对唾液链球茸嗜热亚种LCX290J腑外多精生物合成过程得 到很好的理论描述,并取得相关的动力学模型参数,阐述了该菌发酵的动力学特征. 符号说明: bl动力学参数g/(g.h) b2动力学参数g/(g.h) m1动力学模型参数(g) nl2动力学模型参数(g/g) cx菌体浓度(L) P胞外多糖浓度(g/L) L乳酸浓度(L) S糖浓度(L) CM最大菌体浓度(g/L) cn韧始菌体攘度(g/L) S0韧始糖浓度(L) Pn韧始胞外多糖浓度(g/L) k动力学模型参数(1/h) Ke细胞维持系数 Y.细胞对基质的得率系数 YL,.乳酸对基质的得率系数 Y胞外多糖对基质的得率系数 参考文献 [1]G呲r-NomlmllL,Blond,~K,sim叩dS.JedmTo,l998.龉:664,672. [2JMF,GiotlGS.OI;~rG,口f?m,1994,49(12):667—669 [,]麒璃霞,骆承庠中国乳品工业.1999,27(2):45 [4]顾璃霞,刘爰萍,骆承库.中国乳品工业,2O00,鞠(4):,3,6. 【5JDalaiIc.蛳gh蛐蜊陆衄andE唧?Tecd蛔},h.d0n姐dNYa:,妇&sons..,1蚋. [6]李平作,章克昌.生物技术1999,9(3)24—26. [7:钱铭蕾.壁醇工程量优化拄备i.南京:江苏辩学技术出版杜,1998 ,………………………,…一……m………….'...…, ^? ^? 2重要声明: ^? ^? :为适应我国信息化发展需要,扩大作者学术交流渠道.本刊已加^C中国学术期刊(光盘版)>: :和"中国期刊同".如作者不佩意将文章编^该数据库,请在来稿时声明,本刊将做适当处理.: :《徽生袖学通报'簟?部: ………………………………lt.………………………?…,